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Selbstschalter
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Selbstschalter mit im Ein-Zustand
im wesentlichen parallel zueinander verlaufendem, mit Kontaktauflagen versehenem,
gegensinnig stromdurchflossenem ortsfestem und bewegliohem Kontaktteil, deren Abstoßungskräfte
vor der durch Au löse über das Schaltschloß eingeleiteten Schalterausldsung wirksam
sind.
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Im allgemeinen bieten bekannte Anordnungen in dieser Art (DE-AS 16
38 094) eine zufriedenstellende finung des Schalters bei relativ hohen Uberstrmen,
beispielsweise Kurzschlußströmen. Sie haben Jedoch den Nachteil einer unsicheren
Trennung der Kontaktteile im Bereich relativ kleiner Uberströme, z.B. im Falle einer
graduellen Zunahme des Stromes bis zum und sicht über den Nennwert. Ein derartiges
unsicheres Trennen der Kontaktteile kann im Haften der Kontaktauflagen durch Verschweißen
resultieren. Es gilt daher, diese bekannten Schalter von diesen Nachteilen zu befreien.
Ein Beispiel der bekannten Schalterausführung ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt.
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Fig. 1 zeigt den Ein-Zustand. Ein Handhebel 1 ist mit einem Hebelmechanismus
3 verbunden, der die Ein- und Ausschaltbewegung auf das bewegliche Kontaktteil 2
überträgt. Bei auftretendem Uberstrom in dem Stromkreis bewirkt eine Uberstromauslösevorrichtung
4 das Trennen eines Auslösehebels 31 von einer Klinke 41, so daß der Hebelmechanismus
3 automatisch überspringt, was zum automatischen Öffnen der Kontaktteile führt.
Ein ortsfestes Kontaktteil 5, Stromzuleitungsklemmen 6 und Stromableitungsklemmen
7 sowie eineLichtbogenlöscheinrichtung 8 sind zwischen Abdeckung 9 und Sockel 10
angeordnet. Der bewegliche Kontaktteil 2 und der ortsfeste Kontaktteil 5 verlaufen
im wesentlichen parallel zueinander, so daß die oben erwähnten elektromagnetischen
Abstoßungskräfte gegeneinander auftreten können. Fig. 2 zeigt den ortsfesten Kontaktteil
5, getrennt vom beweglichen Kontaktteil 2, Jedoch ist noch nicht der Hebelmechanismus
durch Freigabe der Klinke 41 der Uberstromauslösevorrichtung 4 in Bewegung gesetzt.
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Die AbstoOungskraft zwischen den beiden Kontaktteilen 2 und 5, die
parallel zueinander liegen, ergibt sich durch die Formel F = kI2 (Gleichung 1) wobei
I den Strom und k eine Konstakte bedeuten. Im Ausführungsbeispiel ist eine Feder
22 vorgesehen, die dem ortsfesten Kontaktteil 5 ein Moment im Uhrzeigersinn verleiht,
so daß verhindert wird, daß der ortsfeste Kontaktteil 5 im Gegenuhrzeigersinn um
die Welle 11 gedreht wird. Hierdurch wird verhindert, daß sich die Kontaktteile
voneinander trennen, sofern nicht eine bestimmte Stromhöhe überschritten wird. Benutzt
man f als die Bezeichnung für die Kraft der Feder 22, bewegt sich. der ortsfeste
Kontaktteil 5 in Trennrichtung, wenn der Strom größer wird als die Höhe, die durch
die Formel gegeben ist
F-f = kI2 (Gleichung 2) oder
Wenn der Strom, wie er durch die Gleichung 3 bestinit ist, fließt, beträgt der Kontaktdruck
zwischen den Kontaktauflagen null, die Kontaktteile bleiben Jedoch in geschlossener
Position. Eine derartige Situation des Kontaktdruckes null ist im Betrieb bei der
bekannten Anordnung der obengenannten Art unvermeidlich und verursacht unweigerlich
ein Verschmelzen der Kontaktauilagen. In dieser Hinsicht ist es Aufgabe der Erfindung,
einen Selbstschalter mit einer verbesserten Kontaktanordnung zu schaffen, bei dem
bei einem Strom, der unter einer kritischen Größe liegt, die elektromagnetischen
Abstoßungskräfte eine Erhöhung des Kontsktdruckez über die Kontaktteile bewirken,
während bei einem Strom oberhalb der kritischen Größe die elektromagnetischen Abstoßungskräfte
das Trennen der Kontaktteile bewirken, so daß ein Kleben der Kontaktauflagen verhindert
worden kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die obengenannte Aufgabe dadurch
gelöst, daß der Kontaktteil mit einem etwa mittig angeordneten Stift versehen mit
diesem in einem gehäusefesten Führungsschlitz gleitend gelagert und in Richtung
auf den beweglichen Kontaktteil Uber zwei im gegensinnigen Abstand vom Stift vorgesehenen
Federn gedrückt ist. Die Positionen und/oder Kräfte in bezug auf den Stift, die
beiden Federn und die elektromagnetischen Abdruckkräfte zwischen ortsfestem und
beweglichem Kontaktteil sind so bestimmt, daß die elektromagnetische Rückstoßkraft
bis zu einer einem spezitizierten kritischen Auslösestrom entsprechenden Größe zunächst
eine Erhöhung des Kontaktdruckes über die beiden Kontaktteile bewirkt, wohingegen
bei Erreichen dieses
Stromwertes eine schnelle Trennung zwischen
ortsfestem und beweglichem Kontaktteil erreicht wird. Hierzu wie auch zum Aufreißen
evtl. leichter Verschweißungen ist es vorteilhaft, wenn der Führungsschlitz von
einem im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des beweglichen Kontaktteils verlaufenden,
in einen dazu abgewinkelten Teil übergeht.
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Um die Lichtbogenlöschungs- bzw. Unterdrückungswirkung zu erhöhen
ist es vorteilhaft, wenn auf der dem beweglichen Kontaktteil und der Kontaktauflage
abgewandten Seite des ortsfesten Kontaktteiles ein gehäusefester Anschlag für den
Kontaktteil vorgesehen ist. Weitere Einzelheiten des Gegenstandes der Erfindung
sind aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Es zeigen: Fig. 1 und 2 Teilschnitte eines bekannten Selbstschalters
in geschlossener und offener Stellung, Fig. 3 und 4 bzw. 5 und 6 Seitenansichten
der wesentlichen Teile des Schalters, insbesondere ortsfester und beweglicher Kontaktteil
im Ein- bzw.
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Aus-Zustand, und zwar Fig. 3 und 4 mit geradlinigem und Fig. 5 und
6 mit abgewinkeltem Führungsschlitz, Fig. 7 bis 10 unterschiedliche Betriebsstellungen
der Kontaktteile zueinander bei geradlinigem Führungsschlitz und Anschlag, Fig.11
bis 14 den Fig. 7 bis 10 entsprechende Stellungen der Kontaktteile bei abgewinkeltem
FUhrungsschlitz und Fig.15 bis 18 eine den Fig. 11 bis 14 entsprechende Ausfuhrungsform,
Jedoch zusätzlich mit einem Anschlag.
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Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von der bekannten Ausführungsform
gemäß Fig. 1 und 2 durch eine spezielle Ausbildung des ortsfesten Kontaktteiles
5.
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Dieser besteht aus dem den Strom führenden Tragkörper 13, der Kontaktauflage
14 und dem Stift 17. Der Stift 17 ist in einen Führungsschlitz 16 eingeführt, der
in der ortsfesten Führungsplatte 15 vorgesehen ist. Der Tragkörper 13 des ortsfesten
Kontaktteiles 5 liegt im wesentlichen parallel zu dem beweglichen Kontaktteil 2
im Ein-Zustand des Schalters und wird gegen diesen durch die Federn 18 und 19 gedrückt.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ist - wie oben erwähnt -durch
die Fig. 7 bis 18 erläutert. In diesen Figuren sind die gleichen Bezugszeichen gewählt
wie in den Fig.
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3 bis 6,Fig. 7, 11 bzw. 15 zeigen den Normalschließzustand des Schalters.
In diesem Zustand liegt der ortsfeste Kontaktteil in seiner stabilen Postion, der
Stift 17 befindet sich im oberen Ende des Führungsschlitzes 16. In Fig. 7 und 11
ist der Abstand von der Mittellinie des Stiftes 17 des ortsfesten Kontaktteiles
zum Angriffspunkt der Druckfeder 18 mit 11 bezeichnet. 12 stellt den Abstand vom
Mittelpunkt des Stiftes 17 zum Angriffspunkt der anderen Druckfeder 19 dar. F1 steht
für die Abstoßungskraft zwischen dem beweglichen Kontaktteil 2 und dem ortsfesten
Kontaktteil 5 in bezug auf den Hebelarm 11 und F2 für den anderen Teil der Abstoßungskraft,
bezogen auf den Hebelarm 12. Die Druckkraft f1, bezogen auf die Feder 18 und die
Druckkraft f2, die von der Feder 19 herrührt, sind so ausgelegt, daß der ortsfeste
Kontaktteil 5 an einer Drehbewegung gehindert wird, wenn der Strom I1 kleiner als
ein bestimmter Betrag Im ist. Dementsprechend treten elektromagnetische Abstoßungskräfte
auf, die durch die Beziehung F1 = kali1 und F2 = k2I1 gegeben sind. Das Verhältnis
zwischen den Längen 11
und 12 ist derart definiert, daß F1 . li
- f7 1i C F2 . 12 - f2 . 12 eingehalten werden kann. Diese Beziehung bezieht sich
auf Drehmomente, die auf den ortsfesten Kontaktteil 5 um den Stift 17 wirken. Unter
diesen Bedingungen ist der ortsfeste Kontaktteil 5 einem resultierenden Drehmoment
im Uhrzeigersinn um den Stift 17 gemäß Fig. 7, 11, 15 unterworfen, und zwar abhängig
von den elektromagnetischen Abstoßungskräften, wenn der Strom kleiner ist als der
Wert Im wobei der Kontaktdruck zwischen den Kontaktteilen mit dem Quadrat des fließenden
Stromes durch die elektromagnetischen AbstoBungskrNfte zunimmt, Sobald die Höhe
des Stromes den Wert Im erreicht oder überschreitet, überschreitet das Drehmoment
in bezug auf den gesamten ortsfesten Kontaktteil 5, das von den elektromagnetischen
Abstoßungskrä.ften herrührt, das Moment, das von den Federn aufgebracht wird, so
daß der ortsfeste Kontaktteil 5 im Uhrzeigersinn um die Kontaktstelle der Kontaktauflage
14 gedreht wird und, da der Stift 17 im ortsfesten Kontaktteil 5 befestigt ist,
bewegt sich dieser entlang dem Anfangsteil des Führungsschlitzes 16, der gemäß Ausführung
Fig. 11 bis 18 abgebogen ist, und um die Kontaktstelle der Kontaktauflage 14, so
daß er in die aus Fig. 8, 12 bzw. 16 ersichtliche Lage kommt. Der Anfangsteil des
Führungsschlitzes 16 gemäß Fig. 11 bis 16 ist bogenförmig und mit dem Radius R in
der Zeichnung dargestellt. Wenn der Strom bei einer Stellung der Kontaktteile gemäß
Fig. 8, 12, 16 wiederum sinkt, geht der ortsfeste Kontaktteil 5 in die aus Fig.
7 bzw. 11 oder 15 ersichtliche Stellung zurück. Wenn der Strom weiterhin oberhalb
des kritischen Auslösestromes 11 bleibt, entsprechend der Position wie in Fig. 8,
12 bzw. 16 gezeigt, dreht sich bei der Ausführung gemäß Fig. 7 bis 11, nachdem ein
Luftspalt zwischen Ende 21 und Anschlag 20 bis zur Auflage des Endes am Anschlag
überwunden
wurde, der ortsfeste Kontaktteil 12 im Gegenuhrzeigersinn
um den Auflagepunkt seines Endes 21 an dem Anschlag 20 und zwar gegen die Kräfte
f1 und i2 der Federn 18, 19, und somit gleitet der Stift 17 schnell im Führungsschlitz
16 in die aus Fig. 9 ersichtliche Stellung.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 11 bis 14 gleitet der Stift
17 des ortsfesten Kontaktteiles 5 über den Winkelwendepunkt zwischen dem bogenförmigen
Teil und dem folgenden, vertikal abfallenden Teil des ?Uhrungsschlitzes 16 und bewegt
sich dann entlang dem vertikal abfallenden Teil des Schlitzes in die aus Fig. 13
rsichtliche Stellung.
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In der der Fig. 7 bzw. 13 entsprechenden Stellung der Kontaktteile
reduziert der Lichtbogenwiderstand, der zwischen den beiden Kontaktauflagen auftritt,
den Stromfluß. Zu diesem Zeitpunkt springt der Hebelmechanirmsu 3, veranlaßt durch
die Uberstromauslösevorrichtung 4.
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die die Klinke 41 beeinflußt, über und der bewegliche Kontaktteil
2 schwenkt in die Offenstellung, so daß die Trennung des Schalters vollkommen ist.
Nachdem der Stromkreis geöffnet ist, ist keine magnetische Abstosungskraft mehr
auf den ortsfesten Kontaktteil 5 wirksam, so daß dieser, bedingt durch die Kraft
der Federn 18 und 19, in die aus Fig. 10, 14 bzw. 18 ersichtliche Lage zurückgedrängt
wird.
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Auch die Ausführungsform nach den Fig. 15 bis 18 besitzt zusätzlich
einen Anschlag 20, an dem sich das der Kontaktauflage 14 gegenüberliegende Ende
27 des ortsfesten Kontaktteiles 5 abstützen kann. In dem Augenblick, in dem die
Kontaktauflagen 14 sich voneinander trennen und der Stift 17 entlang dem vertikal
abfallenden Teil des Führungsschlitzes 16 sich bewegt, legt
sich
der ortsfeste Kontaktteil 5 an dem Anschlag 20 an und beginnt dann eine Drehung
im Uhrzeigersinn um diesen Anschlag. Demzufolge kann ein größerer Abstand zwischen
den Kontaktauflagen 14 des ortsfesten und des beweglichen Kontaktteils erzielt werden,
wie dies aus einem Vergleich zwischen den Fig. 17 bzw. 9 und 13 ersichtlich ist.
Ein derart vergrößerter Abstand kann eine Erhöhung des Lichtbogenwiderstandes bewirken,
was eine Erhöhung der Lichtbogenunterdrückung zur Folge hat und daher eine Verbesserung
des Schalters bedeutet.
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Die sonstige Wirkungsweise der Anordnung gemäß Fig. 15 bis 18 entspricht
der gemäß den Fig. 11 bis 14.
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Wie oben dargelegt, ist durch die Erfindung ein Selbstschalter geschaffen
worden, dessen Kontaktteile mit einem erhöhten Kontaktdruck beaufschlagt werden,
solange der ihn durchfließende Strom kleiner ist als ein kritischer Auslösestrom,
wohingegen die Kontaktteile schnell voneinander getrennt werden, wenn der den Schalter
durchfließende Strom den kritischen Wert überschreitet.
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3 Patentansprüche 18 Figuren